具有减小的功率波动的风电生产制造技术

在部分负载下操作将功率供应到电网（20）的风力涡轮机（1）的方法包括：监测电网的稳定性，并且在检测到降低的电网稳定性时，通过限制对电网的有功功率供应中由风引起的波动或通过减小对有功功率供应的波动的已经存在的限制来改变风力涡轮机的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于以减小的功率波动来操作风电场或风力涡轮机的方法，并涉及一种被布置成执行该方法的控制系统和风电场或风力涡轮机。
技术介绍
在公用电网中，消费者可通常以不受控制的方式消耗电功率。因为在电网中难以存储任何能量，在所生产的功率和所消耗的功率之间可能没有不平衡。因此，功率的瞬时生产应匹配瞬时功率消耗。过量生产导致越过标称值(例如，50或60Hz)的电网频率的增加，这是因为常规同步发电机加速，而过量消耗将导致越过标称值(例如，50或60Hz)的电网频率的减小，这是因为常规同步发电机将接着减速。为了使电网的频率稳定，常规地，大约10%的产生器(producer)起到所谓的“主功率控制”的作用。也被称为“主控制器”的这些产生器在频率降低到标称值之下时增加功率输出，而当它上升到标称值之上时降低功率输出。常规地，风力涡轮机不起到主控制的作用，首先因为风力涡轮机通常不能按照命令增加其输出功率(因为它们通常在标称负载下操作，或当在部分负载下操作时，它们通常在最佳工作点处操作)，且其次因为可获得的风电应通常被完全开发。例如在US7372173B2、W02009/112605A1和W02010/000663A1中提出了例外，根据这些专利，当电网频率降低到某个频率限制之下时，风力涡轮机的输出功率增加，反之亦然。通常，风电增加了电网不稳定性的额外机会，这是因为在风电在电网中占相当大一部分的情况下，不仅消耗不受控制，而且风力涡轮机的生产也不受控制。即使风力预报使风电生产能够在长期基础(以小时的级别)上以相当大的准确度被预测，风速通常以不可预测的方式在短期基础(在分钟下至几秒的级别)上波动。在部分负载下操作的风力涡轮机(即，当风速低于所认为的风力涡轮机的标称风速时)通常将这些风速波动转换成被生产并供应到电网的真实功率的量的相应波动。只有在高于标称的风速下，当风力涡轮机在标称负载下操作时，风力涡轮机通常将其输出功率控制为恒定于标称输出功率下。由风力涡轮机引起的波动功率生产对电网稳定性的影响取决于电网的特性。在大的稳定电网中，由风力涡轮机或风电场引起的功率波动将不产生以频率波动的形式的任何明显响应。因此，这样的电网可应付较高的功率变化。然而，在小的隔离电网中，或在弱电网中，这样的功率波动可产生相当大的频率波动，使得高的短期功率变化可在电网中引起稳定性问题和调节(regulation)问题(E.Hau, Windturbines”，Springer, Berlin, 2000, sectionl3.1.5, p.390)。
技术实现思路
本专利技术提供了在部分负载下操作将功率供应到电网的风力涡轮机的方法，该电网配备有抵抗电网频率波动的调节能力。该方法包括监测电网的稳定性，并且在检测到降低的电网稳定性时，通过限制对电网的电力供应中由风引起的波动或通过减小对电力供应的波动的已经存在的限制来改变风力涡轮机的操作。根据另一方面，提供了一种控制系统来控制将功率供应到电网的至少一个风力涡轮机。该控制系统被布置成执行包括下列步骤的方法:监测电网的稳定性，并且在检测到降低的电网稳定性时，通过限制对电网的电力供应中由风引起的波动或通过减小对电力供应的波动的已经存在的限制来改变风力涡轮机的操作。根据另外的方面，提供了一种风电场或风力涡轮机，该风电场或风力涡轮机包括用于控制将功率供应到电网的至少一个风力涡轮机的控制系统。该控制系统被布置成执行包括下列步骤的方法:监测电网的稳定性，并且在检测到降低的电网稳定性时，通过限制对电网的电力供应中由风引起的波动或通过减小对电力供应的波动的已经存在的限制来改变风力涡轮机的操作。其它特征是在所公开的方法和产品中内在的，或从下面的描述和附图，对本领域中的技术人员来说，其他特征将变得明显。附图说明通过示例的方式关于附图来解释本专利技术的实施例，其中图1示意性示出示例性风力涡轮机的实施例；图2借助于示例示出在具有波动限制功能的实施例中作为时间的函数的功率和频率的变化；图3是被布置成执行结合图2解释的方法的风电场控制器的实施例的功能电路图；图4是示出实施例的额外或可替代的功能的流程图。具体实施例方式在转向基于附图对实施例的详细描述之前，将讨论实施例的几个更一般的项。实施例涉及操作将功率供应到电网的风力涡轮机(例如，变速风力涡轮机)的方法，该电网配备有抵抗电网频率波动的调节能力。“Electric grid (电网)”或“grid (电网)”是在风电场的边界和公共耦合点之外的公用电网；当引用风电场内的电网时，作出明确指示风电场的表达，例如“风电场电网”。抵抗电网频率波动的调节能力例如由主控制器的某一部分(一般大约10%)提供，主控制器一般是常规的产生器，该常规的产生器可使用蒸汽驱动或气体驱动的涡轮机和矿物能源或水力发电。主控制器在频率下降到标称值(例如，50或60Hz)之下时增加功率输出，且主控制器在频率上升到标称值之上时降低功率输出。因为本文讨论有功功率而不是无功功率,所以有功功率被简要地称为“功率”或“输出功率”。在论述无功功率的场合下，将它明确地称为“无功功率”。存在对可由根据实施例的风力涡轮机产生的输出功率的上限，例如这是由于风力涡轮机的电气转换器中的结构限制和电流限制。这个数量的功率被称为“标称功率”。使风力涡轮机足以产生标称功率的风速被称为“标称风速”。当根据实施例的风力涡轮机在高于标称风速的风速下操作时，只有可获得的风功率中对应于标称功率的那一部分转换成电输出功率。功率产生的这一减小例如是通过朝着所谓的旗标位置(flag position)逐渐改变转子节距角来实现。换句话说，有意地不以最佳效率操作风力涡轮机。在一些实施例中，也以次佳的叶尖速度比来操作风力涡轮机，以便减少结构负载。相反，在部分负载下的操作期间，S卩，在低于标称风速的风速下的操作期间，根据实施例的风力涡轮机以最佳效率操作。例如，它以空气动力学上最佳的叶片节距角和叶尖速度比来操作。通常，风速以不可预测的方式在短期基础上(在分钟到下至几秒的级别)波动。当在部分负载下且以最佳效率操作时，根据实施例的风力涡轮机将这些风速波动以几乎一对一的方式转换成被产生并供应到电网的真实功率的量中由风引起的波动。风向的波动也可能促进被产生并供应到电网的真实功率的量中由风引起的波动，因为风力涡轮机的偏航调整机构通常不能立即将风力涡轮机的转子轴与风向对准。未对准的转子具有减小的效率，使得风向上的波动是被产生并供应到电网的真实功率的量中由风引起的波动的另一来源。如在一开始提到的，由风力涡轮机引起的波动电力生产对电网稳定性的影响取决于电网的特性。在大的稳定电网中，由风力涡轮机或风电场引起的功率波动将不产生以频率波动的形式的任何明显响应。然而，在小的隔离电网中，或在弱电网中，这样的功率波动可产生相当大的频率波动。电网对电力生产和补偿的不平衡进行补偿并对从而产生的频率变化进行调节的某种能力，即，电网的某个程度的刚度(stiffness)或脆弱性(weakness)被称为“电网稳定性”。本专利技术人已经认识到，例如由于电网相关的故障，例如电网中风力涡轮机所位于的那一部分的孤岛效应，由于主产生器故障等，电网稳定性可随着时间而变化。本专利技术人也认识到，可通过监测例如电网上的频率波动来检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.13 DK PA201000712;2010.08.13 US 61/373,4141.种在部分负载下对将功率供应到电网(20)的风力涡轮机(I)进行操作的方法，所述电网(20)具有抵抗电网频率波动的调节能力，所述方法包括: -监测所述电网(20)的稳定性；以及 -在检测到电网稳定性降低时，通过对向所述电网(20)的功率供应中的由风引起的波动进行限制(Limit Δ P)或通过减小已经存在的对所述功率供应的波动的限制(Limit Δ P)来改变所述风力涡轮机的操作。2.权利要求1所述的方法，其中，对电网稳定性的所述监测包括确定电网频率波动的方差和电网频率波动范围中的至少一个。3.权利要求1或2所述的方法，其中，对电网稳定性的所述监测包括确定被供应到所述电网(20)的功率与电网频率之间的相关性，其中，所述相关性越大，所检测到的所述电网稳定性就越小。4.权利要求3所述的方法，其中，确定所述相关性包括:执行被供应到所述电网(20)的所述功率的测试性变化(24)并测量电网频率响应(24’)。5.权利要求3或4所述的方法，其中，所述相关性是根据相关性函数6.权利要求2到5中的任一项所述的方法，其中，通过对应地选择对功率波动的所述限制(Limit △ P)，将由所述功率供应弓丨起的电网频率波动维持在从最小可允许频率到最大可允许频率的范围(Fmax/Fmin)内，或将由所述功率供应引起的电网频率波动的方差维持在方差界限之下。7.权利要求2到6中的任一项所述的方法，其中，连续地调整所述波动限制(Limit ΔP)以将所述电网频率保持在从最小可允许频率到最大可允许频率的范围(Fmax/Fmin)内，或将电网频率波动的方差保持在方差界限之下。8.权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·C·塔尔诺夫斯基，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：
国别省市：